实验2 四探针法测量

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1、实验二四探针法测量硅片电阻率与杂质浓度实验目的掌握四探针测试电阻率的原理、方法，并了解影响测试结果的因素。实验原理1、经典直排四探针法如图2.1所示，在一块相对于探针间距可视为无穷大的均匀电阻率样品上，有两个点电源1、4，电流由1流入经4流出。2、3是样品上另外两个探针的位置，他们相对于1、4的距离分别为r12、r42、r13、r43。在半无穷大的均匀样品上点电流所产生的电力线具有球面对称性，如图2.2所示。若样品电阻率为，样品电流为I，则在离电流源距离为r处的电流密度为J为：IJ（2.1）22πr又由于J（2.2）其中为r处的电

2、场强度，由（2.1）、（2.2）式得：I（2.3）22πr根据电场强度与电势梯度的关系以及球面对称性可知：dV-dr以无穷远处电势为零，则有V（r）r0dV-drI1V(r)（2.4）2πr式（2.4）代表一个点电流源对距r处点的电势的贡献。在图2.1所示的情况下，2、3两点的电势应为1、4两个电流源的共同贡献，即：I11V（-）（2.5）22πrr1242I11V（-）（2.6）32πrr1343故2、3两点间的电势差为：I1111V（--）232πrrrr12421343由此可以得出样品的电阻率为：2

3、πV231111（)（2.7）Irrrr12421343最常用的是直线型四探针。跟探针的针尖在同一直线上，并且间距相等，都是S，如图2.3所示。此时公式（2.7）变为I2πV23（2.8）IS考虑到样品的厚度与探针之间的最近距离并不总是大于4倍探针间距，需要对（2.8）式进行修正，修正后的公式为：2πSV23（2.9）BI0式中B为修正系数。02、双电测组合四探针法经典的直排四探针法测试电阻率，要求使用等间距的探针，如果针间距离不等或探针有游移，就会造成实验误差。当被测片较小或在大片边缘附近测量时，要求计入电场畸变的影响进行

4、边界修正。采用双电测组合四探针的出现，为提高薄膜电阻R和体电阻率测量准确度创造了有s利条件。双电测组合四探针法有以下突出优点;（1）测试结果与探针间距无关，能消除间距不等及针尖机械游移变化的影响，允许使用不等距探针头。（2）具有自动修正边界效应的功能，对小尺寸被测片或探针在较大样品边缘附近时，不需对样品做几何测量，也不必寻找修正因子。（3）不移动四探针针头，同时使用三种模式测量，即可计算得到测试部位的电阻均匀性。实验仪器RTS-9型双电测四探针测试仪，计算机，硅片实验内容1.开机预热5分钟，小心取出硅片样品。2.用自动测量功能分别测试不同厚

5、度、不同掺杂的硅片的方块电阻和电阻率。3．对一个样品，分别测量5个点，由此得出单晶硅截面电阻率的不均匀度。单晶电阻不均匀率的定义为：max-minE100%100%（）/2maxmin其中，为所测的五个点中电阻率最大的那一个，为所测的点中电阻率的最小maxmin值，为所测量点电阻率的平均值。4.对样品的同一点测量，改变测试电流并观察电阻率，当电流过大会造成什么后果？5.观察光照对不同电阻率样品测试结果的影响（取高阻和低阻样品）。6.手动测量方块电阻。实验结果1．用自动测量功能分别测试不同厚度、不同掺杂的硅片的方块

6、电阻和电阻率表1.自动测量不同厚度、不同掺杂硅片的方块电阻测量点数0.6mm高掺杂硅片方0.6mm低掺杂硅片方0.58mm高掺杂硅片块电阻Ω/□块电阻kΩ/□方块电阻Ω/□156.81.658.0257.81.657.7356.61.658.3457.41.657.9556.81.6258.0平均值57.081.60457.96由表1可知，本实验中0.6mm厚的高掺杂硅片的方块电阻为57.08Ω/□，0.6mm厚的低掺杂硅片方块电阻为1.604kΩ/□，0.58mm厚的高掺杂硅片方块电阻为57.96Ω/□。表2.自动测量不同厚度、不同掺杂硅片

7、的电阻率测量点数0.6mm高掺杂硅片电0.6mm低掺杂硅片电0.58m高掺杂硅片电阻率Ω·cm阻率kΩ·cm阻率Ω·cm13.430.0953.3023.400.0963.3033.400.0953.3043.420.0953.3153.410.0953.30平均值3.410.0953.30由表2可知，本实验中0.6mm厚的高掺杂硅片的电阻率为3.41Ω·cm，0.6mm厚的低掺杂硅片的电阻率为0.095kΩ·cm，0.58mm厚的高掺杂的硅片的电阻率为3.30Ω·cm。2.对于一个样品，分别测试5个点，由此得出单晶硅截面的电阻率不均匀度。数

8、据如表2所示，根据电阻率不均匀度的定义，对于0.6mm厚的高掺杂硅片，电阻率不均匀度为：maxmin3.43-3.40E100%0.88%3.41平